[发明专利]一种带有支撑保护结构的封装结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体封装中的封装技术领域，特别是涉及一种带有支撑保护结构的封装结构，即对应圆片级封装芯片堆叠的支撑及保护结构，最少涉及两片功能性芯片的堆叠，特别涉及金属支撑及保护结构，以及多层布线搭建的桥式导电结构，并且运用了Copper pillar及TSV的技术实现了对接及电性互连，从而得到集成度更高的封装模块，信赖性更高，堆叠成本更低。

背景技术

目前的封装技术依然是传统封装为主流，虽然进入21世纪以后，圆片级封装在影像传感器、闪存、逻辑器件及功率芯片等行业得到了大规模的应用，封装的市场份额也逐年保持高速增长，但是封装在技术上还存在许多不足，还有不少技术上的难题需要解决。

微电子行业以符合摩尔定律的速度在发展，决定了在单颗芯片上集成了更多的场效应管、各种电阻、电容器件及逻辑关系，也造成了在更小的单颗芯片上会有更多地I/O点需要做对外连接，对应这些要求，半导体封装行业的发展方向也是朝着高集成度、高密度、更薄、更小的方向发展。封装对应传统封装的优势：第一实现了更小，更薄，WLP（wafer level package圆片级封装）可以做到封装尺寸和芯片设计尺寸1：1；第二，随着copper pillar（铜凸块）技术的发展，更小的I/O间距在大批量生产中成为了可能，所以在单位面积内通过圆片级封装可以实现更多地互连接口。第三，因为摒弃了传统封装的切割后单体封装、打线、涂胶、塑封等步骤，封装的大部分流程都是圆片级的工艺操作完成，材料浪费少、自动化水平高、减少了人员触碰芯片机会，所以成本更低、良率更高，制造周期更短。

但是封装仍然存在着信赖性的问题，最主要的问题来源是对芯片功能区的保护不够。如现在的3D堆叠封装中两层芯片直接进行的锡球焊点或者金属共晶互连，在互连区域结构直接悬空，造成功能区和外部环境直接接触，逐渐老化或者接触外部的一些侵蚀等伤害后就会出现功能型不良，造成信赖性和稳定性的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以实现封装信赖性及稳定性的带有支撑保护结构的封装结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种带有支撑保护结构的封装结构，至少包括两层芯片，两层芯片之间实现互连，并且在其中一层芯片上引出对外的接口，第二层芯片通过堆叠结构堆叠在第一层芯片上，并在第一层芯片和第二层芯片之间形成密闭的空腔。

所述第一层芯片包括第一硅基板、芯片钝化层、芯片焊垫、焊垫开口、第一钝化层、第一金属层；所述第一硅基板上有所述芯片钝化层；所述芯片钝化层和芯片焊垫上生长有所述第一钝化层；所述第一钝化层在对应所述芯片焊垫的位置形成焊垫开口；所述焊垫开口处生长有第一金属层；所述第一金属层上形成线路；所述第一金属层上生长有第二钝化层，所述第二钝化层上有开口；所述开口处设有第二金属层；所述第二金属层作为铜凸点及支撑结构的电镀种子层；所述第二金属层上设有铜凸点和支撑结构；所述铜凸点顶部有锡帽；所述第二层芯片与第一层芯片呈镜像结构。

所述第一金属层上形成桥式导通结构以实现空腔体内外的电性互连。

所述堆叠结构包括金属共晶键合支撑层；所述第一层芯片的铜凸点与支撑结构和第二层芯片的铜凸点与支撑结构相互压合，使得两层芯片的支撑结构形成金属共晶键合支撑层，所述金属共晶键合支撑层、第一层芯片和第二层芯片之间形成密闭的空腔。

所述两层芯片中任意一层芯片作为对外电性连接的承载结构，在该层芯片的背面通过TSV加工形成对外的电性互连。

所述第一层芯片的焊垫和第二层芯片的焊垫通过线路、铜凸点和铜通孔互连实现外部的电性互连。

所述空腔内为真空状态或充有惰性气体。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明实现了多层芯片的晶圆级堆叠封装，同时此结构所发明的支撑保护结构提升了封装的信赖性及稳定性，并且此结构在成本上相比其他封装结构没有增加，芯片间形成的密封的空腔增加了多种保护选择，如空腔内可以是真空及其他特殊气体。并且此种垂直连接缩短了连线距离，对功耗要求较低的功率芯片及电源管理芯片提供了解决方案，降低了信噪比。并且有助于减小多层芯片的外形尺寸，提供了更高的空间利用率及更高的电性互连密度。

附图说明

图1是本发明提供第一层芯片做出第一层金属并结构化的剖面示意图；

图2是本发明提供第一层芯片做出第二层金属并结构化的剖面示意图；

图3是本发明提供第一层芯片铜凸点及支撑结构生长完成后的剖面示意图；